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Genome-wide analysis; Comparative genomics; Bioinformatics; Genome evolution

Lead
Eine der wichtigsten Fragen der Evolutionsbiologie ist, wie sich neue genetische Information entwickeln kann. Es war schon lange bekannt, dass sich viele evolutionäre Neuerungen durch Rekombination und “Wiederverwertung” von bereits existierenden Genen entwickeln. Manchmal jedoch scheinen Gene auch vollkommen neu aus genomischem “Rohmaterial” zu entsehen. In dieser Studie wir möchten die molekularen Mechanismen erforschen, die der Evolution von Genen und natürlicher Vielfalt zugrunde liegen.
Lay summary
Dank enormer Fortschritte in Sequenziertechnologien stehen uns heute die Sequenzen von tausenden von Genomen zur Verfügung. Mit grossangeleten vergleichenden Computeranalysen möchten wir Fälle identifizieren, wo neue genetische Information in einer Spezies oder einer Gruppe von meheren Spezies aufgetaucht ist. Wir werden uns zum einen auf die nahe verwandten Gräser Gerste und Weizen konzentrieren und versuchen, Gene zu identifizieren, die exklusiv nur in dieser Gruppe von Gräsern vorkommen. Andererseits werden wir auch weit entfernt verwandte Planzen vergleichen, und untersuchen, ob wir den Ursprung grosser Genfamilien zurückverfolgen können. Speziell möchten wir Fälle identifizieren, wo Gene durch horizontalen Transfer z.B. von Bakterien auf Pflanzen übetragen wurden. Diese Studien sollten es uns ermöglichen, zumindest einzelne molekulare Grundlagen und Prozesse zu identifizeiren, die sich hinter der Evolution genetischer Vielfalt und neuer Gene verbergen.

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Last update: 24.05.2016

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Background:There are three main mechanisms that are thought to lead to the emergence of novel genes: (i) gene duplication that is followed by re-organization and/or neo-functionalization, (ii) horizontal gene transfer from a different taxonomic group and (iii) de novo evolution from non-coding DNA. In all three evolutionary paths, transposable elements (TEs) and/or double-strand break repair play a role. These events can nowadays be studied precisely by means of comparative genomics. Thus, with approriate genomic resources, evolution of new genes can be tracked and described both in a quantitative and a qualitative way. Working hypotheses:(i) Gene duplication is largely driven by DSB repair. (ii) Many major plant-specific gene families were acquired early on through horizontal gene transfer from bacteria or other prokaryotes. (iii) Genuine de novo gene evolution can be detected through comparative analysis of genes from closely related species. Experimental design:(i) Evolution of novel genes through duplication will be studied by searching closely related rice genomes for recent events of gene duplications or translocations. (ii) Horizontal gene transfer from prokaryotes to plants will be identfied through the search for prokaryotic homologs of all major plant gene families and through identification of sequences of bacterial origin in genes that were annotated as Triticeae-specific. (iii) We plan to compare so-called low-confidence genes from barely and wheat and submit them to vigorous selection criteria in order to distinguish genuine Triticeae-specific genes from annotation artifacts.